Amoniac là gì? Tính chất, điều chế, ứng dụng của amoniac NH3

Amoniac NH3 là gì?

Tổng quan về amoniac là gì?

Amoniac là tên được dịch sang tiếng Việt từ cụm từ tiếng Pháp là amoniac.

Amoniac là gì? Amoniac là một hợp chất vô cơ được tạo thành từ 3 nguyên tử nitơ và 1 nguyên tử hydro tạo thành liên kết yếu. Công thức hóa học của amoniac là NH3.

NH3 có cấu trúc phân tử hình chóp, nguyên tử nitơ ở trên cùng liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tố hydro ở đáy tam giác (N mang điện tích âm, H mang điện tích dương, cả 3 liên kết NH đều là liên kết cộng hóa trị có cực).

Amoniac được tìm thấy ở đâu? Amoniac được sản xuất rất nhiều trong tự nhiên. Thận của con người chúng ta cũng sản sinh ra một lượng nhỏ khí NH3 nên nước tiểu cũng có mùi đặc trưng tương tự như khí amoniac. Khí amoniac còn được hình thành qua quá trình phân hủy xác động vật dưới tác động của vi sinh vật.

Vậy khí amoniac có độc không? Trong điều kiện tiêu chuẩn, amoniac là một loại khí độc. Cần lưu ý nếu hít phải, nuốt phải hoặc tiếp xúc trực tiếp với amoniac nồng độ cao có thể xảy ra ngộ độc amoniac, gây nguy hiểm đến tính mạng con người, thậm chí tử vong. Ở dạng dung dịch NH4OH, amoniac là dung dịch bazơ yếu, bị phân hủy thành khí NH3 và nước.

Mùi amoniac là một mùi hăng đặc trưng, ​​​​có thể phát hiện được trong thành phần nước tiểu động vật. Bởi trong quá trình chuyển hóa thức ăn, cơ thể bài tiết một lượng nitơ nhất định trong protein và kết hợp với các chất hữu cơ khác dễ dàng tạo ra khí NH3. Cách khử mùi amoniac là sử dụng baking soda hoặc giấm có chứa axit axetic.

Amoniac sôi ở -33,34 độ C ở áp suất khí quyển nên hóa chất cần được bảo quản dưới áp suất hoặc ở nhiệt độ thấp. Amoniac đóng băng ở -77,7 độ C và tạo thành tinh thể màu trắng.

Amoniac lỏng công nghiệp thường là NH3 28% trong nước, chứa trong thùng bông, vận chuyển bằng ô tô hoặc bồn chứa.

Lịch sử phát hiện và nghiên cứu amoniac

Câu chuyện về amoniac đã bắt đầu từ rất lâu rồi. Hãy cùng nhìn lại hành trình con người khám phá ra chất này:

Thời gian	Sự kiện
Cổ đại	Người Ai Cập cổ đại đã biết về muối amoni
1774	Joseph Priestley cô lập khí amoniac tinh khiết
1785	Claude Louis Berthollet xác định thành phần hóa học của amoniac
1908	Fritz Haber đã phát triển quy trình tổng hợp amoniac trong công nghiệp
1913	Carl Bosch cải tiến quy trình Haber để sản xuất quy mô lớn

Bạn có thể thấy, con người đã biết đến amoniac từ xa xưa nhưng phải mất hàng thế kỷ chúng ta mới hiểu hết và tận dụng được nó.

Tính chất vật lý và hóa học của amoniac là gì?

Tính chất vật lý và hóa học của amoniac là gì?

Mỗi loại hóa chất sẽ có tính chất khác nhau

1. Tính chất vật lý

Amoniac thường tồn tại ở dạng khí, không màu và có mùi hơi khó chịu. Amoniac có thể gây chết người ở nồng độ lớn. Amoniac nặng hơn không khí 0,589 lần và nhẹ hơn không khí.

Do phân tử NH3 có một cặp electron tự do và liên kết NH bị phân cực nên amoniac có độ phân cực lớn nên amoniac cũng là chất dễ bị hóa lỏng.

Dung dịch amoniac là dung môi tốt. NH3 có hằng số điện môi nhỏ hơn nước nên hòa tan các dung môi hữu cơ dễ dàng hơn nước. NH3 lỏng có thể hòa tan các kim loại kiềm và các kim loại như Sr, Ca, Br tạo ra dung dịch màu xanh đậm.

Khối lượng của phân tử NH3 ở áp suất tiêu chuẩn 1atm là 0,769 kg/m3, có độ giãn nở thể tích từ 850 đến 1000 lần. Ở nhiệt độ -33 độ C, NH3 có tỷ trọng 681 kg/m3.

Amoniac hòa tan 47% ở 0 độ C (89,0 g/100ml), hòa tan 31% ở 25 độ C, hòa tan 18% ở 50 độ C.

Dung dịch amoniac có độ pH lớn hơn 12 vì nó có tính bazơ.

Dung dịch amoniac sôi ở nhiệt độ 33,34 độ C, có nhiệt độ nóng chảy -77,7 độ C, khí NH3 có nhiệt độ tự bốc cháy là 650 độ C.

2. Tính chất hóa học

Dung dịch NH3 là hợp chất có tính bazơ không ổn định nên có đầy đủ tính chất hóa học của bazơ yếu.

NH3 hòa tan trong nước sẽ tạo thành cation amoni NH4+, giải phóng anion OH- theo phương trình phản ứng phân tử sau:

NH3 + H2O -> NH4+ + OH-

NH3 là bazơ yếu nên sẽ làm quỳ tím chuyển sang màu xanh, phenolphtalein không màu chuyển sang màu đỏ khi phản ứng với chất chỉ thị màu.

Amoniac có thể phân hủy ở nhiệt độ cao nên kém bền

2NH3 -> N2 + 3H2N2 + 3H3 -> 2NH3

NH3 có thể phản ứng với các kim loại chuyển tiếp tạo thành ion phức theo phương trình

2NH3 + Ag+ -> (Ag(NH3)2)+

Amoniac còn có tính khử, nguyên tử hydro trong amoniac có thể được thay thế bằng nguyên tử kim loại kiềm

2NH3 + 2Na -> 2NaNH2 + H2

2NH3 + 2Al -> 2AlN + 3H2

Amoniac tạo ra muối amoni khi phản ứng với axit

NH3 + H+ -> NH4+

NH3 có khả năng kết tủa nhiều hydroxit kim loại khi phản ứng với dung dịch muối.

Cách sản xuất và điều chế amoniac NH3

Cách sản xuất và điều chế amoniac NH3

Amoniac có thể được điều chế cả trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

Để chuẩn bị amoniac trong phòng thí nghiệm, bạn có thể làm như sau:

Dùng muối NH4Cl phản ứng với nước vôi trong Ca(OH)2 tạo ra khí NH3

2NH4Cl + Ca(OH)2 -> NH3 (khí) + CaCl2 + H2 (khí)

Cách điều chế amoniac cho sản xuất công nghiệp

Chủ yếu theo phương pháp Haber – Bosch với phản ứng hai chiều xảy ra liên tục

CH4 + H2O CO + 3H2 (nhiệt độ cao, xúc tác Ni)

N2 + 3H2 2NH3 (*tam giác*H = -92 kJ/mol)

Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụng các công nghệ phổ biến khác như: công nghệ MWKellogg, công nghệ Haldor Topsoe, công nghệ Krupp Uhde, công nghệ ICI hay công nghệ Brown & Root để sản xuất amoniac. Trong đó, công nghệ sản xuất NH3 được các nhà máy sản xuất phân đạm tại Việt Nam áp dụng nhiều nhất là công nghệ Haldor Topsoe.

Amoniac trong công nghiệp được bán dưới dạng khí hóa lỏng NH3 và dung dịch amoniac NH4OH, cả hai đều được vận chuyển bằng xi lanh hoặc xe bồn.

Do amoniac ở dạng đậm đặc rất nguy hiểm và có tính ăn mòn nên yêu cầu sản xuất và bảo quản amoniac phải tuân thủ quy trình nghiêm ngặt.

Ứng dụng của NH3 amoniac là gì?

Ứng dụng của NH3 amoniac là gì?

Ứng dụng của amoniac trong đời sống và công nghiệp rất rộng rãi. Sau đây là một số ví dụ điển hình về ứng dụng NH3

Ứng dụng NH3 làm phân bón: Do các hợp chất nitơ đều có nguồn gốc từ NH3, rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng nên trên thực tế khoảng 83% NH3 lỏng được sử dụng làm phân bón.

Ở nhiều hộ gia đình, amoniac lỏng còn được sử dụng làm chất tẩy rửa cho các bề mặt như lò nướng, thủy tinh, sứ và thép không gỉ. NH3 lỏng sẽ tạo ra ánh sáng rực rỡ.

Trong ngành dệt may, amoniac lỏng được sử dụng để xử lý nguyên liệu bông, tạo cho chúng đặc tính kiềm khi sử dụng chất kiềm.

NH3 là chất khử mạnh nên NH3 còn được sử dụng làm chất kháng khuẩn trong thực phẩm với mục đích thương mại để loại bỏ ô nhiễm vi khuẩn trong thịt bò, đồng thời amoniac còn có tác dụng điều chỉnh độ axit.

Amoniac còn có thể giúp làm đậm màu đồ gỗ đã qua chế biến vì khí NH3 phản ứng với tannin tự nhiên trong gỗ.

NH3 còn được sử dụng để tách các kim loại như niken và molypden từ quặng, ngoài ra còn có tác dụng trung hòa axit, các thành phần của dầu thô và bảo vệ thiết bị khỏi bị ăn mòn.

NH3 còn được sử dụng trong xử lý môi trường với mục đích loại bỏ các chất như sox, nox trong khí thải từ nhiên liệu hóa thạch như đá, than đá,…

Ảnh hưởng của amoniac đến môi trường

Amoniac có thể là con dao hai lưỡi đối với môi trường. Chúng ta hãy nhìn vào cả mặt tích cực và tiêu cực:

1. Tác động tích cực:

Amoniac đóng vai trò quan trọng trong sản xuất phân bón, góp phần tăng năng suất cây trồng đáng kể. Việc sử dụng amoniac trong nông nghiệp đã giúp tăng sản lượng lương thực toàn cầu, từ đó góp phần giảm nạn đói ở nhiều nước đang phát triển. Nhờ phân bón gốc amoniac, chúng ta có thể canh tác hiệu quả hơn trên diện tích đất nông nghiệp hạn chế, đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng của dân số thế giới.

2. Tác động tiêu cực:

Mặt khác, amoniac cũng có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng về môi trường nếu không được kiểm soát đúng cách. Rò rỉ amoniac vào không khí có thể gây ô nhiễm và ảnh hưởng xấu đến chất lượng không khí, đặc biệt là ở các khu vực xung quanh nhà máy sản xuất amoniac hoặc cơ sở lưu trữ.

Khi thải vào môi trường nước, amoniac có thể gây ô nhiễm nguồn nước và đe dọa sự sống của các loài thủy sinh.

Đáng chú ý, dư thừa amoniac trong đất, nước có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, mất cân bằng hệ sinh thái và khiến tảo phát triển quá mức, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước.

Rò rỉ NH3 có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý

Biện pháp an toàn khi sử dụng amoniac

Làm việc với amoniac đòi hỏi phải thận trọng. Dưới đây là một số lưu ý quan trọng:

1. Bảo tồn:
   • Sử dụng thùng chứa chuyên dụng
   • Đặt ở nơi thông thoáng, tránh ánh nắng trực tiếp
   • Kiểm tra rò rỉ thường xuyên
2. Chuyên chở:
   • Sử dụng các phương tiện chuyên dụng
   • Đảm bảo dán nhãn cảnh báo rõ ràng
   • Tuân thủ các quy định về vận chuyển hàng nguy hiểm
3. Xử lý:
   • Mang đầy đủ đồ bảo hộ (găng tay, kính, khẩu trang)
   • Làm việc trong môi trường thông thoáng
   • Có sẵn bồn rửa mắt và vòi tắm khẩn cấp

Bạn đã sẵn sàng làm việc an toàn với amoniac chưa? Hãy nhớ: An toàn là trên hết!

Sử dụng đồ bảo hộ khi làm việc với NH3

So sánh amoniac với các hợp chất nitơ khác

Nitơ không chỉ có trong amoniac. Hãy so sánh nó với một số “anh em”:

Thiên nhiên	Amoniac (NH3)	Nitơ phân tử (N2)	Nitơ oxit (N2O)
Trạng thái	Khí đốt	Khí đốt	Khí đốt
Màu sắc	không màu	không màu	không màu
Mùi	Hùng	không mùi	Ngọt nhẹ
Độ hòa tan trong nước	Rất cao	Ngắn	Trung bình
khả năng phản ứng	Cao	Ngắn	Trung bình
Ứng dụng chính	Sản xuất phân bón	Công nghiệp thực phẩm	Gây mê trong y học

Bạn thấy đấy, mỗi hợp chất nitơ đều có “tính cách” và vai trò đặc biệt riêng trong cuộc sống của chúng ta.

Qua bài viết trên của Hóa Chất Đông Á có lẽ các bạn đã có cái nhìn tổng quan hơn về amoniac là gì và nó được ứng dụng rộng rãi như thế nào trong cuộc sống của chúng ta. Mặc dù mang lại những nguy hiểm nhất định nhưng không thể phủ nhận NH3 vẫn có những ứng dụng to lớn đối với công nghiệp và đời sống.